Паровое отопление в частном доме: принцип работы, схемы и монтаж

Паровое отопление в частном доме представляет собой эффективную и надежную систему обогрева, основанную на использовании пара для передачи тепла. Включение парового отопления требует тщательного проектирования и монтажа для обеспечения оптимальной работы системы. Работать система может от котла и от печи.

Плюсы парового отопления:

1. Низкая стоимость.
2. Устойчивость к низким температурам.
3. Малогабаритность системы.
4. Быстрый прогрев помещения.
5. Минимальные теплопотери..
6. Совместимость с теплым полом.

Эта статья расскажет вам, как работает паровое отопление, этапы монтажа, схемы план действий для создания эффективной системы отопления, представлены схемы трубопровода с применением насоса и без него. В конце статьи приведена рабочая схема по расчету мощности котла под потребности паровой системы.

Особенности паровое отопление в частном доме

Паровое отопление в частном доме представляет собой систему с теплоносителем в виде разогретого водяного пара, который был широко использован для обогрева жилых помещений еще в 19 веке. Позже водяной пар был заменен на воду из-за высокой эффективности переноса тепла при помощи пара, что приводило к чрезмерному нагреву оборудования и опасности ожогов.

Сегодня использование парового отопления в его первоначальном виде запрещено в жилых и общественных зданиях, но в частных домах такое ограничение не распространяется. Для установки паровой системы необходимо учитывать особенности, такие как использование металлических труб (например, стальных или медных) с толстой стенкой и бесшовными конструкциями из-за высоких температур (от 130°C до 200°C) пара.

Для парового отопления подходят чугунные радиаторы, регистры или трубы с оребрением из-за их способности выдерживать высокие температуры пара. Однако, чугунные радиаторы могут быть менее надежными при контакте с холодной жидкостью из-за риска лопнуть от быстрого охлаждения.

Срок службы парового отопления зависит от выбора материалов, правильного монтажа и ухода, учитывая возможность коррозии из-за горячего и влажного пара. Паровое отопление, хоть и экономичное на стадии устройства по сравнению с водяными системами, остается опасным и обычно используется в загородных домах сезонного проживания из-за способности переносить заморозки.

Для сравнения принципа работы системы советуем ознакомиться с обзором  Теплые водяные полы на деревянный пол.

Принцип работы

Паровое отопление представляет собой систему обогрева помещений с использованием пара вместо горячей воды. Принцип работы парового отопления включает несколько основных этапов:

1. Подогрев воды: Вода в котле подогревается с помощью горелки до температуры, достаточной для образования пара.
2. Образование пара: Под воздействием тепла вода закипает, образуя пар.
3. Нагнетание пара: Образовавшийся пар нагнетается в трубы и радиаторы помещения для обогрева.
4. Отдача тепла: Пар отдает тепло в помещении, охлаждается и превращается обратно в воду (конденсат).
5. Оседание конденсата: Конденсат оседает на нижней стенке трубы.
6. Возврат конденсата: Труба устанавливается под небольшим наклоном к котлу, чтобы конденсат мог вновь попасть в котел.
7. Повторение процесса: Процесс образования пара, его циркуляции и возврата конденсата повторяется.

Система парового отопления может иметь закрытую или открытую схему. В закрытой схеме конденсат возвращается в котел под действием гравитации, а в открытой схеме он может отводиться принудительно с помощью насоса.

Для установки парового отопления необходимо тщательно изучить принципы его работы, оборудование и соединительные узлы. Котельная, где находится оборудование для подогрева воды, должна быть оснащена огнеупорными стенами и хорошей вентиляцией.

Существуют 3 вида парового отопления в зависимости от давления в системе: высокого, среднего и низкого.

Для бытового отопления обычно используется паровое отопление с низким или средним давлением, поскольку системы с высоким давлением относятся к промышленной категории и подлежат особым правилам и контролю.

От парового котла

Для обустройства отопления с помощью водяного пара используют котельное оборудование со специальной конструкцией греющего теплообменника. Принцип работы такой:

•  Вода должна закипеть, причем процесс кипения напрямую зависит от площади зеркала жидкости. Чем больше поверхность, тем равномернее она закипает и испаряется. Соответственно паровой поток получается без брызг.
• Пар нужно перегревают, чтобы «высушить» от остатков воды. Для этого к основному испарителю (теплообменнику) добавляют жаровые трубы, в которых паровой поток избавляется от остатков капель и конденсата.
• Жаровые трубы располагаются над основным теплообменником и нагреваются дожиганием остаточных продуктов термолиза угля или дров. В газовых котлах коллектор перегрева парового потока располагают в наиболее горячей части – по периметру теплообменника.

Отопительный котел играет ключевую роль в системе парового отопления, и правильный выбор котла важен для обеспечения эффективности и надежности всей системы.

1. Тип котла:  с газовой горелкой, с электрическим ТЭНом, с форсункой, работающий на жидком топливе или старый добрый угольный котел. Комбинированные котлы являются универсальным решением, поскольку позволяют легко переключаться между различными видами топлива.
2. Мощность котла: Очень важно выбрать котел с достаточной мощностью для обогрева всей площади дома. Например, для отопления дома площадью до 200 кв.м потребуется котел мощностью не менее 25 кВт, а для дома площадью 1200 кв.м – котел не менее 100 кВт.
3. Особенности конструкции: Котлы для паровых систем отопления должны иметь специальное исполнение, обеспечивающее эффективное испарение и перегрев пара, что достигается за счет наличия греющего теплообменника и дополнительных жаровых труб.
4. Сопутствующее оборудование и меры безопасности: В состав системы должны входить не только сам котел, но и система измерительных приборов, блок автоматических предохранителей и система трубопроводов для обеспечения безопасности и контроля за работой системы.

Любой котел для создания системы парового отопления будет иметь несколько единых частей – топку, зольник и горелку.

От печи

Использование традиционной кирпичной печи для организации парового отопления в частном доме — сочетает в себе преимущества классического и современного отопления. Такой способ обогрева позволяет не только экономить на энергоресурсах, используя дрова как основное топливо, но и значительно повышает эффективность отопления, благодаря использованию пара как теплоносителя.

Принцип работы и особенности устройства:

1. Нагрев воды: Вода нагревается в стальном баке, вмонтированном в тыльную стенку камеры сгорания печи. Благодаря такому расположению бака, вода интенсивно нагревается до температуры почти до кипения (97-90℃) за счёт высоких температур горячих газов в процессе сгорания дров.
2. Парообразование: При этих температурах начинается активное парообразование, но без фазы интенсивного кипения, что предотвращает прогар стенок котла и образование брызг.
3. Перегрев и высушивание пара: Дальнейшее повышение температуры и перегрев пара осуществляется в жаровике – трубчатом теплообменнике, вмонтированном в свод печи, где температура газов достигает около 1000℃. Таким образом, пар перегревается до 110-120℃.
4. Распределение тепла и конденсация: Перегретый пар поставляется к радиаторам или конвекторам, где отдаёт тепло и конденсируется, возвращаясь затем обратно в котёл для повторного нагрева.

Преимущества такой системы:

• Эффективность и экономичность: Использование дров как возобновляемого источника энергии делает систему экономичной.
• Экологичность: Минимизация вредных выбросов благодаря полному сгоранию топлива в печи.
• Универсальность: Подходит для отопления как новых, так и старых домов, добавляя элементы традиционной эстетики.

Важные рекомендации:

• Промывка системы: Для обеспечения надёжной и эффективной работы системы отопления необходима регулярная промывка отопительной системы, чтобы избежать накопления отложений и блокировки теплообмена.
• Контроль и обслуживание: Регулярный контроль за состоянием печи, теплообменника и всей системы отопления нужен для предотвращения аварийных ситуаций и поддержания высокого уровня эффективности отопления.

Использование русской печи для создания парового отопления объединяет в себе старинные традиции и современные технологии, предлагая экологичный и экономичный способ обогрева частного дома.

Разновидности отопительной системы

На практике существует множество вариаций парового отопления. Например, по количеству труб:

1. Однотрубные системы: Пар движется по трубе непрерывно, отдавая тепло батареям и постепенно конденсируясь в конденсат. Для обеспечения свободного движения пара в трубе необходим достаточно большой диаметр.
2. Двухтрубные системы: Пар и конденсат движутся по разным трубам, что обеспечивает более равномерное распределение тепла.

Одним из недостатков однотрубной системы является разница в нагреве радиаторов, особенно заметная в больших зданиях.

Существуют 3 основных варианта разводки паропроводов:

1. Верхняя разводка: магистральный паропровод прокладывается выше приборов отопления, от него опускаются трубы к радиаторам, а конденсатопровод укладывается еще ниже. Эта система считается наиболее стабильной и простой в реализации.
2. Нижняя разводка: магистраль размещается ниже приборов отопления, что может привести к гидроударам и разгерметизации конструкции из-за движения пара и конденсата в разных направлениях по одной трубе.
3. Смешанная разводка: труба паропровода устанавливается немного выше уровня радиаторов, сочетая преимущества верхней разводки. Однако это может быть опасно из-за легкого доступа к раскаленным трубам.

При обустройстве системы с естественным принуждением важно учитывать правильный уклон паропровода и конденсатопровода для эффективной работы системы и предотвращения шума и проблем со стеканием конденсата.

Существуют 2 основные разновидности паровых систем по уровню внутреннего давления:

1. Вакуумные системы: предполагают полную герметичность, с установкой специального насоса для создания вакуума. Пар конденсируется при более низких температурах, что делает систему относительно безопасной.
2. Атмосферные системы: давление внутри контура превышает атмосферное, что может быть опасно в случае аварии. Радиаторы в такой системе разогреваются до высоких температур.

Выбор оптимального варианта парового отопления зависит от особенностей здания и требований к системе, и каждый может выбрать подходящий вариант с учетом конкретных условий.

Схема однотрубной системы отопления частного дома

Однотрубная схема парового отопления предполагает, что теплоноситель от котла движется по единственной магистрали, после чего возвращается обратно. Радиаторы подключаются к магистрали с обоих концов. Правильно смонтированная однотрубная система отопления в частном доме работает следующим образом:

1. Теплоноситель нагревается до +75 — +85°C и начинает двигаться по трубопроводу. При достижении первого радиатора часть горячей воды заполняет батарею, а оставшаяся продолжает движение по трубам.
2. Проходя через радиатор и отдавая тепло, вода смешивается с теплоносителем, снижая его температуру на несколько градусов.
3. Процесс повторяется на следующем радиаторе, что приводит к постепенному остыванию теплоносителя. В итоге вода, поступающая в последнюю батарею, значительно остывает, что уменьшает количество отдаваемого тепла.

Монтаж однотрубной системы отопления предполагает наращивание секций радиаторов, начиная со второго от котла, чтобы обеспечить равномерный обогрев всех помещений дома. Однотрубная система работает эффективно, если включает не более 5 батарей. В многоэтажных зданиях часто устанавливают несколько стояков, что обеспечивает работоспособность 3-4 батарей на каждом стояке.

Однотрубная модель не всегда эффективна

Двухтрубные схемы

Двухтрубная система отличается от однотрубной тем, что теплоноситель доставляется во все радиаторы воды одинаковой температуры, что позволяет избежать необходимости наращивания секций радиаторов. При этом возможно автоматическое управление батареями при помощи термостатического вентиля.

Существует несколько разновидностей двухтрубных систем:

1. Тупиковая схема: трубопровод разделяется на ветви, по которым теплоноситель движется навстречу друг другу.
2. Попутная двухтрубная система: в этой схеме обратный коллектор выступает в роли подающего, а теплоноситель течет в одном направлении, образуя кольцо.
3. Коллекторная (лучевая) схема: это наиболее дорогостоящий вариант, где трубы от коллектора идут отдельно к каждой батарее скрытым способом через пол.

Двухтрубная система может быть открытой или закрытой. В открытой системе для самотечных сетей требуется установка расширительного бака в самой верхней точке, который соединен с атмосферой. В закрытой системе отопления, расширительная емкость мембранного типа устанавливается на обратной магистрали, что позволяет системе функционировать под избыточным давлением.

При выборе схемы отопления важно учитывать размеры дома и его особенности. Для небольших домов до 150 кв. м рекомендуется использовать обычную двухтрубную схему с принудительной циркуляцией теплоносителя. Диаметры трубопроводов в таких системах обычно не превышают 25 мм для главного трубопровода, 20 мм для ответвлений и 15 мм для подводок.

Разводка парового отопления

Разводка парового отопления может быть выполнена в нескольких вариантах: верхняя, нижняя и промежуточная.

Верхняя разводка:

• Паропровод располагается под потолком, паровая магистраль идет по нему, а затем трубы направляются вниз к радиаторам.
• Эта схема обеспечивает стабильную работу системы, так как горячий пар и конденсат движутся по разным трубам, предотвращая их смешивание.
• Проста в реализации и обслуживании.

Нижняя разводка:

• Паропровод располагается на уровне пола, пар движется вверх, а конденсат вниз.
• Эта схема менее оптимальна, так как смешивание горячего пара и остывшего конденсата может привести к гидроударам и разгерметизации системы.

Промежуточная разводка:

• Паропровод укладывается чуть выше радиаторов, примерно на уровне подоконников.
• Эта схема сочетает преимущества верхней разводки, разделяя движение пара и конденсата по разным трубам.
• Однако горячие трубы находятся в пределах досягаемости, что может представлять риск ожогов.

При укладке паропровода важно учитывать не только выбор схемы, но и создание небольшого уклона (1-2%) в сторону движения пара, а также укладку конденсатопровода с уклоном в сторону движения конденсата. Это поможет обеспечить правильное движение пара и конденсата по системе, а также предотвратить возможные проблемы, связанные с смешиванием пара и конденсата или гидроударами.

Монтаж парового отопления в доме

Установка парового отопления своими руками возможна, но требует внимательного подхода и соблюдения всех рекомендаций.

Подготовка к установке:

• Учтите параметры помещения, количество радиаторов, расположение котла, фильтров и других элементов.
• Оптимальные длина, диаметр и количество труб должны быть указаны в проектной документации.
• Подберите соответствующие нагревательные элементы, батареи, паровентиляторы и циркуляционный насос.

Этапы монтажа:

• Подготовьте поверхность для установки радиаторов, установите стеновые крепления.
• Установите парогенератор на бетонное основание.
• Установите расширительный бак на самом высоком месте системы.
• Подведите трубопровод от котла к радиаторам с уклоном для естественной циркуляции.
• Установите кран Маевского для удаления воздушных пробок.
• Разместите накопительный бак перед котлом для сбора конденсата.
• Замкните магистраль на котле отопления с помощью фильтра.
• Подключите необходимые приборы: манометр, клапан сброса, узел слива.

Проверка системы:

• Тщательно проверьте всю систему на наличие дефектов, протечек и прочность соединений.
• В случае обнаружения неточностей, немедленно их устраните.

Правильно установленная система парового отопления обеспечит комфорт и эффективность отопления вашего дома. Важно следовать инструкциям, соблюдать все рекомендации и, при необходимости, обращаться за помощью к специалистам для уверенности в правильности установки.

Технология монтажа котла для парового отопления

Начинают работы с установки отопительного котла. Его монтируют в заранее подготовленном помещении на бетонное основание.

Выбор места установки котла:

• Учитывайте расположение газопровода или электропроводки.
• При использовании твердотопливного котла учтите необходимость монтажа дымовой трубы.
• Расположите котел так, чтобы ввод обратки был как можно ниже для естественной циркуляции теплоносителя.

Монтаж отопительного котла:

• Установите котел на строго горизонтальное бетонное основание. Правильность проверяется строительным уровнем
• Обеспечьте прочное и герметичное соединение котла с системой отвода отработанных газов.

Установка радиаторов:

• Подвесьте радиаторы согласно схеме монтажа, используя специальные крюки.
• Разместите батареи под окнами или около дверных проемов.
• Оставьте достаточный зазор между батареями и подоконниками.
• Установите запорную арматуру и воздушный клапан для регулирования теплоносителя и предотвращения пробок.

Установка расширительного бака и контрольных приборов:

• Закрепите расширительный бак в самой высокой точке системы.
• Установите группу контрольных приборов на выходе из котла, включая манометр и клапан сброса.

Соединение оборудования:

• Соедините все оборудование между собой трубами, обеспечив правильные и надежные соединения.
• Для открытых систем установите резервуар для сбора конденсата и насос в конце магистрали.

Проверка и запуск системы:

• Проверьте прочность закрепления радиаторов и правильность соединений.
• Проведите пробный пуск, заполнив контур водой и запустив оборудование на минимальной температуре.
• Остановите оборудование при выявлении недочетов и устраните их.

Если оборудование работает на газе, осуществляется подключение топливной магистрали. Гибкие шланги в этом случае использовать запрещено – только жесткая подводка.

Наглядно проследить за процессом сбора системы парового отопления можно в видео ниже.

Простая схема обвязки котла

Монтаж на базе дровяной печи

Котел системы парового отопления, устроенного на базе дровяной печи, устанавливается непосредственно в ней. К котлу подключаются паропровод и конденсатопровод.

Важно правильно подготовиться к установке, имея все необходимые материалы и инструменты. Ниже приведены ключевые шаги и рекомендации для установки паровой системы отопления:

Установка котла:

• Котел устанавливается непосредственно в дровяную печь.
• Подключите паропровод и конденсатопровод к котлу.

Установка радиаторов:

• Установите радиаторы с кронштейнами, чтобы гасить шум от работы парового отопления.
• Установите запорные краны перед каждым радиатором для облегчения обслуживания.

Установка редукционного клапана и гидравлического затвора:

• Редукционный клапан используется для уменьшения давления пара в системе.
• Гидравлический затвор обеспечивает возможность осушения системы для обслуживания.

Установка тройника с пробкой:

• Установите тройник на выходе из радиаторов, чтобы обеспечить конденсацию воды только в радиаторах.

Установка циркуляционного насоса:

• Если предусмотрена принудительная циркуляция, установите циркуляционный насос.
• Установите емкость для сбора сконденсировавшейся влаги.

Изготовление и установка теплообменника:

• Изготовьте теплообменник из металлических труб, толщиной 2,5-3 мм или даже немного толще. Теплообменник делают в виде змеевика или любой другой формы.
• Убедитесь в идеальном качестве сварки для обеспечения надежности при работе под давлением.

Проверка теплообменника:

• После изготовления, проверьте теплообменник на целостность. Для этого сначала все швы намазывают белым мелом.
• Одно из отверстий теплообменника закрывают, а во второе заливают керосин до тех пор, пока устройство не будет заполнено до верха.
• Теперь нужно немного подождать, а затем оценить состояние швов. Если имеются трещины, сквозь них просочится керосин, и в таких местах мел потемнеет.

Установка теплообменника в печь:

• Установите теплообменник в дровяную печь и подключите его к отопительной системе.

Завершение монтажа:

• Проведите монтаж труб и радиаторов в соответствии с проектом.
• Установите краны Маевского на радиаторы для сброса воздуха.
• Установите общий запорный кран в начале системы, редукционный клапан и другие необходимые устройства.

Отсутствие в системе парового отопления редукционного клапана, устройство которого представлено на схеме, может привести к серьезным повреждениям из-за избыточного давления

Следует помнить, что безопасность и качество установки являются приоритетом при работе с паровым отоплением. При возникновении сомнений или сложностей рекомендуется обратиться к специалистам для консультации и помощи.

Плюсы и минусы

Паровое отопление имеет ряд преимуществ, благодаря которым оно получило широкое распространение.

Достоинства:

1. Низкая стоимость: Экономичный вариант отопления.
2. Устойчивость к низким температурам: Позволяет эффективно работать даже при низких температурах.
3. Высокая эффективность: Благодаря конвекции и излучению тепла.
4. Малогабаритность системы: Экономия места при установке.
5. Быстрый прогрев помещения: Обеспечивает быстрое и равномерное отопление.
6. Минимальные теплопотери: Эффективно сохраняет тепло.
7. Совместимость с теплым полом: Можно интегрировать с системой теплого пола.

Недостатки:

1. Сильный шум во время работы: Может быть раздражающим.
2. Чрезмерное нагревание оборудования: Возможность ожогов или аварийных ситуаций.
3. Неудобное управление температурным режимом: Требует внимательного контроля.
4. Относительно небольшой срок службы из-за коррозии: Требует регулярного ухода и обслуживания.

Для исправления недостатков паровой системы можно применить следующие меры:

• Защитные экраны: Для предотвращения ожогов и аварий.
• Антишумовые кронштейны: Для снижения шума во время работы.
• Установка парогенератора в удаленном помещении: Для минимизации шума и нагревания в основном помещении.

С учетом этих рекомендаций можно значительно улучшить работу и безопасность паровой системы отопления с дровяной печью.

Как правильно рассчитать паровую систему

Остановив свой выбор на паровой системе, предстоит составить проект ее расположения в здании и выполнить предварительные вычисления:

• Для расчета предстоит взять план своего дома и посчитать площадь, которую требуется отопить.
• Затем обозначить места расположения радиаторов отопления.

При паровом отоплении часто используют вместо батареи регистры, выполненные из оцинкованных или оребренных труб. Радиаторы подбирают в зависимости от требуемой мощности.

Чугунные радиаторы лучше не использовать в устройстве парового отопления редко посещаемой дачи. Постояв холодными длительное время, они могут не справиться с резким нагревом и лопнуть.

• Рассчитывать длину паро- и трубопровода для конденсата лучше всего, находясь в самом помещении. Так удобнее планировать высоту их прокладки и места установки радиаторов, если они понадобятся.
• Подсчитав нужное количество погонных метров трубы, не стоит забывать о паровой арматуре – вентилях, тройниках, при необходимости – конденсатоотводчиках, насосе.

Давайте продолжим с расчетами мощности котла для вашего 3-комнатного дома.

1. Расчет мощности котла:

Допустим, у вас есть следующие площади комнат:

• Первая комната: 14,75 м²
• Вторая комната: 7,35 м²
• Третья комната: 10,8 м²

Общий объем дома:
14,75 * 2,6 + 7,35 * 2,6 + 10,8 * 2,6 = 38,09 + 19,11 + 28,08 = 57,02 м³

Теперь вычислим требуемую мощность котла:
57,02 м³ * 40 Вт = 2288 Вт

Добавим 20% запас мощности:
$2288 Вт * 1,2 = 2745,6 Вт$ или около 3 кВт

2. Альтернативный вариант расчета мощности котла:

Условно принимаем, что для каждых 10 м² требуется 1 кВт мощности котла с 30% запасом, если высота потолков не превышает 2,7 м.

Площадь всех помещений:
14,75 + 7,35 + 10,8 = 33,9 м²

Мощность котла:
33,9 м² / 10 м² * 1 кВт * 1,3 = 4,41 кВт

Таким образом, для вашего 3-комнатного дома с высотой потолков 2,6 м рекомендуется котел мощностью около 3 кВт или около 4,41 кВт в зависимости от выбранного метода расчета.

Использовать для парового отопления можно только сертифицированный агрегат. Брать самопальный котел весьма опасно – можно серьезно пострадать при его взрыве. Паровой котел обязательно оснащают предохранительным клапаном. Также, потребуются приборы контроля температуры и давления и редуктор для нормализации давления, если это потребуется.